Inwieweit könnte JWST weiterhin nützlich sein, nachdem das Treibmittel aufgebraucht ist?

Ich sehe eine ähnliche Frage beantwortet, aber dies ist vielleicht spezifischer. Es gibt viele Beschreibungen über den Betrieb des James Web Space Telescope (JWST) während seiner geplanten Mission. Aber ich nehme an, JWST hat Treibstoff nur für ein Jahrzehnt oder so, an diesem Punkt wird es nicht länger in der Lage sein, die L2-Halo-Umlaufbahn aufrechtzuerhalten. Ich kann jedoch nicht anders, als daran zu denken, wie Kepler auf clevere Weise in der Lage war, viele Jahre nützlichen erweiterten Betriebs bereitzustellen. Es gibt also mehrere Fragen zu diesem Thema:

  1. Könnte JWST in eine erdähnliche Umlaufbahn (oder eine andere nützliche Umlaufbahn) gebracht werden, ohne zu viel wertvollen verbleibenden Treibstoff zu opfern?

  2. Gibt es eine Position in einer Erdumlaufbahn, die weit genug entfernt ist, dass die Erdwärme kein Problem darstellt, aber nahe genug ist, damit eine Verbindung mit angemessener Datenrate hergestellt werden kann?

  3. Ist es möglich, die Hauptantenne auf die Erde zu richten, während die Sonnenblende noch das Teleskop abschattet? Gibt es eine Low-Gain-Antenne, die nützlich sein könnte?

  4. Wenn Erdkommunikation und Sternbeobachtungen unterschiedliche Ausrichtungen erfordern, gibt es dann genügend Datenspeicherkapazität an Bord, um einige nützliche Beobachtungen durchzuführen und die Daten dann neu auszurichten und auf die Erde zu übertragen?

  5. Ich nehme an, dass der Sonnendruck auf den Sonnenschirm möglicherweise dazu verwendet werden kann, den Impuls in den Reaktionsrädern zu entladen. Bedeutet das, dass JWST weiterhin größtenteils wie gewünscht ausgerichtet sein könnte, mit nur gelegentlichen Abweichungen in eine seltsame Ausrichtung, damit der Sonnendruck die Reaktionsräder entsättigen kann?

Sorry für die vielen Fragen!

Ohne Treibmittel glaube ich nicht, dass sein Lageregelungssystem den (Winkel-) Impuls von den Reaktionsrädern entladen kann. Es könnte eine Lösung geben, bei der das Drehmoment des Sonnenphotonendrucks auf die Sonnenblende ausreicht, wenn man die Zauberei des Sonnenphotonendrucks berücksichtigt, der Sie sich mit K2 entziehen und die auch in GAIA entwickelt wurde . Aber wenn eine neue Umlaufbahn erforderlich ist und mit sehr, sehr niedriger Delta-V-Dreikörper-Zauberei erreicht werden kann, dann würde es vielleicht getan werden, solange es noch ...
... Treibmittel für diese Lösung und für eine kleine Menge an Impulsentladung, um die Fluglage beizubehalten. Diese Frage ist wunderbar, und obwohl sie zunächst aus fünf Teilen zu bestehen scheint, wette ich, dass, wenn es da draußen eine Quelle gibt, in der dies angesprochen wurde, sie alles auf einmal ansprechen wird. Dennoch könnte entweder eine aufdringliche Betankungsmission vom Typ Restore-L (roboterhaft in eine Kraftstoffleitung gespleißt) oder ein neues Antriebsmodul zum Anschnallen (es gibt mehrere Unternehmen, die diese entwickeln) wünschenswerter sein, als es einfach ohne heliozentrischen Saft abdriften zu lassen
Weitere Informationen zum Kraftstoffsystem und zur Machbarkeit einer robotischen, invasiven Betankungsmission (nicht das, wonach Sie fragen, aber vielleicht eher passieren) finden Sie in dieser Antwort auf Ist es möglich, das James-Webb-Weltraumteleskop zu betanken?
AFAIK, Treibmittel ist nicht die wirkliche Begrenzung der Lebensdauer von JWST. Es ist möglich (zu bestätigen), dass andere Funktionen einschränkender sind (Elektronik? Leistungsverstärker? ...). Gemäß der Missionsanforderung wird der Treibstoff für 10-jährige Operationen (MR-48) dimensioniert, während das wissenschaftliche Ziel nur mindestens 5 Jahre beträgt (MR-44).
Unter Berücksichtigung des geschätzten erforderlichen Delta-v pro Y (2-4 m / s) würde ich davon ausgehen, dass sie, wenn sie die Lebensdauer der Plattform verlängern wollten , dies "für Peanuts" hätten erreichen können (z. B. Hinzufügen 10 % des Treibstoffbudgets für 5 bis 10 Jahre Verlängerung der Nutzungsdauer). Daher lautet die 10-Billionen-Frage: Warum halten sie die Science-Lebensdaueranforderung immer noch bei 5 Jahren (berechnet zu dem Zeitpunkt, als die prognostizierten Kosten auf 0,5 Milliarden geschätzt wurden)?
@NgPh schätzt eine „niedrige“ Lebensdauer, um dem Kongress mitzuteilen, dass es nicht viel kosten wird, und verwendet dann Ihr gesundes Raumschiff als Rechtfertigung für ausgedehnte Missionen, die mehr kosten, als sie ursprünglich bereit waren, Ihnen zu geben (z. B. Cassini, Curiosity, Juno, Ingenuity, Galilei, Magellan usw.)
@NgPh-Raumfahrzeuge sind mit beträchtlichem Spielraum bemessen. In Bezug auf die JWST sind zehn Jahre ein Designziel, aber keine Voraussetzung. Die Vorgabe beträgt fünf Jahre. Wenn das Raumschiff nur vier Jahre in Betrieb ist, wird es eine umfangreiche Missionsausfallkommission geben. Auch wenn das Raumschiff nur neun Jahre in Betrieb ist, wird es Untersuchungen geben, aber sie werden viel weniger umfangreich sein und die Mission wird immer noch als Erfolg gewertet. Ein Fahrzeug so zu dimensionieren, dass es nur die Missionsanforderungen erfüllt, ist ein Rezept für das Scheitern einer Mission, weil die Dinge nachts immer holprig werden.
Vielleicht ist eine bessere Formulierung als „wenn der Treibstoff ausgeht“: Wenn die wissenschaftlichen Ziele im Wesentlichen erfüllt sind, wie nutzt man den JWST am besten mit dem verbleibenden Treibstoff/Lebensdauer?

Antworten (1)

Könnte JWST in eine erdähnliche Umlaufbahn (oder eine andere nützliche Umlaufbahn) gebracht werden, ohne zu viel wertvollen verbleibenden Treibstoff zu opfern?

Das JWST wird am Ende des primären Missionsbetriebs in eine erdähnliche heliozentrische Umlaufbahn gebracht.

Die Treibmittelmenge im JWST ist so bemessen, dass sie mehrere Schlüsselanforderungen erfüllt:

  1. Führen Sie Korrekturen in der Mitte des Kurses, das Einfügen des Sonne-Erde-Halo-Orbits L2 und Manöver zur Erhaltung der Umlaufbahn durch. Diese Operationen werden mit Bipropellant-Triebwerken durchgeführt, die Hydrazin als Brennstoff und Distickstofftetroxid als Oxidationsmittel verwenden.
  2. Führen Sie eine Kurslagensteuerung durch und entsättigen Sie die Schwungräder. Diese Operationen werden mit Monopropellant-Triebwerken durchgeführt, die nur Hydrazin verwenden.
  3. Entsorgen Sie das Raumfahrzeug als Abbrennsequenz am Ende der Mission, damit das Raumfahrzeug keine Bedrohung für die Erde oder andere Raumfahrzeuge darstellt. Ich bin mir nicht sicher, ob dies die Bipropellant- oder Monopropellant-Triebwerke verwenden wird.

Auf den letzten Punkt zu verzichten, ist keine Option. Die Stilllegung als Abschluss der Primärmission durch Entsorgung aus der Sonne-Erde-L2-Halo-Umlaufbahn war vom ersten Tag an Teil des Plans. Der JWST wird während ihrer Halo-Umlaufbahn Sonne-Erde L2 nicht der Treibstoff ausgehen (und schon gar nicht ohne eine umfangreiche Kommission zur Analyse von Missionsfehlern).

Hinsichtlich der nachfolgenden Fragen ist es sehr wahrscheinlich, dass das Raumfahrzeug nach dem Ende der Mission noch einige Hydrazin-Entsorgungsverbrennungen aufweisen wird, da ein Verbrennen bis zur Erschöpfung ein Risiko darstellen würde. Es wird einen gewissen Spielraum geben, was bedeutet, dass es möglich ist, dass das Raumfahrzeug nach Abschluss seiner Hauptmission als erdverfolgendes Raumfahrzeug umfunktioniert wird.

Es ist jedoch etwas verfrüht, jetzt über diese sekundäre Mission nachzudenken. Das Raumschiff ist noch nicht einmal gestartet. Der Fokus liegt jetzt und für mindestens die nächsten sechs Monate darauf, das Raumschiff betriebsbereit zu machen, und dann wird es darauf fokussiert sein, es betriebsbereit zu halten.


Verweise:

Programm-/Projektplan des James-Webb-Weltraumteleskops, JWST-PLAN-000633

Ja, die Frage ist definitiv verfrüht. Ich kann nicht sagen, dass ich hinsichtlich des Einsatzes von JWST optimistisch bin, aber ich hoffe sehr, dass es funktioniert!
Ich kann mir vorstellen, dass es mehrere Faktoren gibt, die die Verwendung von JWST in einem treibstofflosen Modus in einer erdähnlichen Umlaufbahn verhindern könnten. Aber ich sehe nicht, dass Sie das in Ihrer Antwort sagen. Bedeutet das, dass es für JWST eine Art „Leben nach dem Tod“ geben könnte?
2007 heißt es in diesem Entwurf des JWST-PLAN-000633 in 1.4.1.4 Betriebsphase... 7.0 NOTFALLBETRIEB; 7.3 Erkennung und Wiederherstellung von Bodensystemfehlern: „Nach Abschluss der JWST-Mission wird das Observatorium außer Betrieb genommen und unter Verwendung einer verbleibenden Orbitstation, die Treibstoff bereithält, aus der L2-Umlaufbahn „entfernt“ und in eine tiefe Weltraumküstenumlaufbahn gebracht „Im Jahr 2021 gibt es dazu vielleicht irgendwo eine längere und sicherere Aussage. Natürlich wird die Antwort wahrscheinlich die gleiche sein
Inwieweit könnte JWST weiterhin nützlich sein, nachdem das Treibmittel aufgebraucht ist?
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